ИЭ / 9 сем (станции+реле) / Экзамен / РЗ 9
.6.pdfРисунок. 9. Векторные диаграммы токов и напряжений при КЗ двух фаз на землю через отдельные дуги.
71
8. Максимальная токовая защита. Основные положения реализации защиты.
Выбор уставок в радиальной сети. Проверка чувствительности. Возможные
причины снижения эффективности защиты. [Л2 5.1-2, 5.4-5.8;Л5 1.1,1.2,3.1]
Токовыми называются защиты с относительной селективностью, реагирующие на ток,
проходящий по защищаемому элементу. Токовые защиты могут использоваться на лю-
бых элементах электроэнергетических систем (линиях, двигателях, трансформаторах и т. д.).
Защиты могут срабатывать при превышении током в месте их включения заранее установленного значения (максимальные защиты). В общем случае они выполняются со ступенчатыми, плавными (зависимыми) или комбинированными характеристи-
ками выдержки времени = ( ), где l - расстояние от места включения защиты до точки возникновения КЗ. Для сетей с ном ≥ 35 ÷ 110 кВ защиты обычно имеют сту-
пенчатые характеристики = ( ), для сетей более низких напряжений часто исполь-
зуются другие характеристики (комбинированные, когда часть участка характери-
стики независимая, часть зависимая – прим. М.Ч.), создаваемые специальным выпол-
нением органа тока.
При ном ≤ 35 кВ для ИО (измерительный орган) тока используются полные токи в двух фазах, так как в ТТ ≤ 35 кВ часто используется схема неполной звезды или на разность токов 2 фаз (для обеспечения отключения при дв(1,1)(двойного замыкания на землю) по возможности только одного места повреждения может применяться полная звезда – прим. М.Ч.). В сетях с ном ≥ 110 кВ защиты преимущественно предназначаются для ликвидации только КЗ на землю ( (1) и (1,1)) и выполняются как защиты нулевой последовательности; для них требуются ТА в трёх фазах, которые включа-
ются так, чтобы иметь ток в ИО = 3 0. Используются иногда схемы с включением ИО на другие симметричные составляющие, а также с дополнительными ИО напря-
жения.
72
Типичными являются защиты со ступенчатыми характеристиками = ( ). Током срабатывания защиты или её отдельных ступеней Iс.з обычно называется минималь-
ный ток в фазах линии, при котором защита (её ступень) может срабатывать. Логиче-
ское уравнение, характеризующее работу трёхступенчатых токовых ненаправленных защит, имеет вид:
= |
↑ + |
↑ + |
↑, |
|
||
с.з. |
с.з. |
|
с.з. |
|
|
|
Где |
– измерительный токовый орган, срабатывает при превышении током значе- |
|||||
с.з. |
|
|
|
|
|
|
ния уставки; ↑ – орган выдержки времени, срабатывает если |
находится в срабо- |
|||||
|
|
|
|
|
с.з. |
|
танном положении в течение времени
Действие токовой защиты рассматривается в первую очередь на примере её примене-
ния для радиальной сети с односторонним питанием (рис. 8.1, а). Устройства защиты включаются только со стороны питания всех элементов и могут действовать на от-
ключение своих выключателей. Примерные характеристики выдержек времени защит
1', 2' и 3' даны на рис. 8.1, б.
Рис. 8.1. Размещение токовых защит со ступенчатыми выдержками времени
в радиальной сети с односторонним питанием (а) и примерный
выбор их характеристик выдержек времени (б)
73
Оказывается целесообразным начинать с последних (третьих) ступеней, в частности потому, что они часто используются отдельно - в качестве самостоятельных защит.
При включении на полные токи фаз они называются максимальными токовыми за-
щитами.
Что такое МТЗ?
Билеты 7-й сем. (максимальная токовая защита (МТЗ) ЛЭП с 1-сторонним пита-
нием).
Рисунок 9.1 – МТЗ в радиальной сети
Максимальная токовая защита служит для защиты от долговременных перегрузок и коротких замыканий в сетях с односторонним питанием. Также, данный тип защиты используется в качестве резерва соседних участков электросети. Зона действия за-
щиты охватывает свой участок цепи и соседний полностью. Защита отстраивается от тока в рабочих режимах. Селективность обеспечивается за счет выдержки времени
(чем ближе защита к источнику питания, тем больше выдержка). Каждая линия имеет самостоятельную защиту, отключающую линию в случае повреждения на ней самой или на шинах питающейся от неё подстанции.
При КЗ в какой-либо точке сети, например, в точке К1 (рис. 9.1 (а)), ток КЗ проходит по всем участкам сети, расположенным между источником питания и местом повре-
74
ждения, в результате чего пускаются все защиты (1, 2, 3, 4). Однако, по условию се-
лективности, сработать на отключение должна только защита 4, установленная на по-
вреждённой линии. Для обеспечения указанной селективности максимальные защиты выполняются с выдержками времени, нарастающими от потребителей к источнику питания, как это показано на рис. 9.1 (б). При соблюдении этого принципа, в случае КЗ в точке К1, раньше других сработает защита 4 и произведёт отключение повре-
ждённой линии. Защиты 1, 2 и 3 вернутся в начальное положение, не успев подей-
ствовать на отключение.
Соответственно, при КЗ в точке К2, быстрее всех сработает защита 3, а защиты
1 и 2, имеющие бОльшее время срабатывания, не подействуют. Рассмотренный прин-
цип подбора выдержек времени называется ступенчатым.
При выборе тока срабатывания должны выполняться два условия:
1.Ток срабатывания всегда должен быть больше максимального рабочего тока, чтобы защита не действовала при нормальной работе системы:
Iсз ≥ Iраб max .
2.Ток возврата защиты должен быть больше тока самозапуска двигателя в послеаварийном режиме работы системы, чтобы защита возвращалась в исходное положение после селективного отключения поврежденного элемента:
Iв ≥ Iсзп .
Вывод формулы тока срабатывания МТЗ.
Коэффициент возврата:
Iв kв = Iсз .
Выразим ток срабатывания:
Iв Iсз = kв .
Известно, что Iв = kотс ∙ Iсзп, тогда
Iсз = |
kотс ∙ Iсзп |
. |
|
kв |
|||
|
|
75
Также известно, что Iсзп = kсзп ∙ Iраб max, тогда
сз = |
отс |
∙ сзп ∙ раб |
, |
||
|
|
в |
|||
|
|
|
|
||
где |
|
|
|
||
kотс – коэффициент отстройки (для разных типов реле 1,1 – 1,5); |
|||||
kсзп – коэффициент самозапуска (3 – 6); |
|
|
|
||
kв – коэффициент возврата (0,8 – 0,9). |
|
|
|
||
Параметры срабатывания МТЗ: |
|
|
|
||
Ток срабатывания защиты: |
|
|
|
||
Iсз = |
kотс |
∙ kсзп ∙ Iраб max |
|
. |
|
|
kв |
||||
|
|
|
|
||
Время срабатывания защиты: |
|
|
|
||
tсз = tсз см эл + ∆t , |
|
||||
где |
|
|
|
||
tсз см эл – время срабатывания защиты смежного элемента (нагрузки, линии). |
Выдержки времени срабатывания МТЗ должны возрастать по мере приближения к источнику питания:
Рисунок 9.2 – Иллюстрация ступенчатого принципа подбора выдержек времени
Общая формула:
tсз = tсз см эл + ∆t .
76
Тогда
tсз3 = tсз Н4 + ∆t ; tсз2 = tсз3 + ∆t ; tсз1 = tсз2 + ∆t ,
где tсз Н4 – время срабатывания собственной защиты нагрузки, ∆t – ступень селектив-
ности (0,4…0,6 с);
Достоинства МТЗ: простота, надёжность, небольшая стоимость.
Недостатки: большие выдержки времени, недостаточная чувствительность при КЗ в разветвлённых сетях.
Применение: сети 6-10 кВ, радиальные сети – основная защита (если нет более быст-
родействующей), сети 110 кВ и выше – резервная защита. Применяется на всех эле-
ментах (ЛЭП, Г, Т). Применяется в составе трехступенчатой токовой защиты в каче-
стве третьей ступени защиты.
Далее, более подробно:
Током срабатывания защиты Iс.з обычно называется минимальный ток в фазах линии,
при котором защита может срабатывать. Током срабатывания ИО тока Iс,р называется минимальный ток в ИО, при котором он срабатывает. При обычно применяемых ор-
ганах тока, питаемых от вторичных обмоток ТА с коэффициентом трансформации К1ном, эти токи различны вследствие того, что 1ном ≠ 0, и вследствие возможного не-
равенства IР и тока I2 в ТА. Так, например, при включении на разность токов двух фаз
в |
|
|
|
|
|
симметричном |
|
режиме |
(3) = |
|
|
(3). В общем случае отличие IP от I2 характеризуется коэффициентом схемы |
|||||
|
3 |
|||||||
|
√ |
2 |
|
|
|
|
|
|
в т-м режиме ( ) |
= ( )/ ( ). С учётом сказанного ( ) = |
( )/ |
( ). Поэтому |
|||||
|
|
|
сх |
|
2 |
с.з |
ном с. |
с.х |
если ( ) |
не зависит от вида повреждения (например, орган с одной воздействующей |
|||||||
|
с. |
|
|
|
|
|
|
величиной IP), то ( ) может от вида повреждения зависеть.
с.з
77
Током возврата защиты Iв.з называется максимальный ток в фазах линии, при кото-
ром защита возвращается в исходное состояние, а током возврата ИО тока Iв.р - макси-
мальный ток в ИО, при котором он возвращается в исходное состояние.
Коэффициент возврата ИО тока в = в.р/с.р = в.з/с.з. Органы тока максимальные, и
для них kв<1.
В настоящее время органы тока иногда выполняются односистемными с переключе-
нием подводимых воздействующих величин токов фаз с помощью максиселекторов,
операционных усилителей и т. д., обеспечивающих реагирование единственного ор-
гана тока на больший из токов, подводимых к нему от ТА. Для этого случая под Iс.з
должен пониматься не минимальный, а максимальный из токов фаз, используемых для защиты, но в режиме, соответствующем минимальному уровню токов в защища-
емой линии, при котором защита срабатывает. Ток Iс.р такого органа будет опреде-
ляться этим Iс.з с учётом того, что kcx = 1. Соответственно уточняется и определение для Iв.з.
Логическое уравнение, характеризующее работу защиты, = |
↑. Током срабаты- |
с.з. |
|
вания защиты Iс.з обычно называется минимальный ток в фазах линии, при котором |
защита может срабатывать. Током срабатывания ИО тока Iс.р называется минималь-
ный ток в ИО, при котором он срабатывает. При обычно применяемых органах тока,
питаемых от вторичных обмоток ТА с коэффициентом трансформации К1ном, эти токи различны вследствие того, что 1ном ≠ 0, и вследствие возможного неравенства IР и
тока I2 в ТА. Так, например, при включении на разность токов двух фаз в симметрич-
ном режиме (3) |
|
|
|
|
||||||
= |
3(3) |
. В общем случае отличие IP от I2 характеризуется коэффи- |
||||||||
|
√ |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
циентом схемы в т-м режиме |
( ) |
= ( )/( ). С учётом сказанного ( ) |
= |
( )/ |
||||||
|
|
|
|
|
сх |
|
2 |
с.з |
|
ном с. |
|
( ). Поэтому если ( ) не зависит от вида повреждения (например, орган с одной |
|
|
с.х |
с. |
воздействующей величиной IP), то ( ) может зависеть от вида повреждения.
с.з
Условие выбора уставок для МТЗ
78
МТЗ отстраивают от максимального тока нагрузки присоединения. МТЗ должна быть согласована с токовыми защитами предыдущих присоединений по току и по времени.
Согласование по току заключается в том, что ток срабатывания должен быть больше тока срабатывания предыдущих присоединений с учётом тока нагрузки. Согласование по времени заключается в том, что время срабатывания должно быть больше времени срабатывания предыдущих присоединений.
Выдержки времени защит. Они выбираются по ступенчатому принципу, согласно которому должны быть больше максимальной выдержки времени предыдущих защит на ступень t при отсутствии УРОВ (устройства резервирования при отказе выклю-
чателя предыдущего элемента) или на t+tуров при наличии последнего. Необходимо отметить, что УРОВ в распределительных сетях с максимальной токовой защитой обычно не применяется.
Выбор выдержек времени всегда должен начинаться с защит элементов сети, наибо-
лее удаленных от источника питания, т. е. с защит 1’ и 1’’ на подстанции В (рис. 8.2).
В общем случае эти защиты уже имеют выдержки времени t’ и t’’, обеспечивающие их селективность несрабатывания при КЗ в питаемых от подстанции В потребителях.
Выдержка времени t’2 последующей защиты (на подстанции Б) выбирается больше максимальной выдержки времени защит подстанции В. Если, например, 1′ > 1′′, то
2′ > 1′ . В общем случае для n-й защиты соответственно при отсутствии или наличии УРОВ на предыдущей подстанции:
= ( −1) + или = ( −1) + + ( −1)уров.
79
Рис. 8.2. Согласование независимых характеристик выдержек времени последних ступеней токовых защит
Ток срабатывания. Он всегда должен быть больше максимального рабочего тока в защищаемой линии. Однако, как правило, Iс.з определяется более тяжёлыми услови-
ями. Их может быть несколько. Для определения Iс.з, например, защиты 3 (рис. 8.2)
рассматривается её поведение в двух, часто основных случаях: при КЗ на одном из элементов, питаемых от подстанции Б, и при КЗ на данном участке АБ, его отключе-
нии и последующем АПВ.
В первом случае своей защитой отключается поврежденный элемент подстанции Б.
Защита 3, находящаяся под воздействием тока I’k (рис. 8.3, а) и имеющая выдержку времени t3>t2, срабатывать не успевает и должна возвратиться в исходное состояние.
Это, однако, произойдёт, только если её ток возврата Iв.з в рассматриваемом уже сим-
метричном режиме будет больше расчётного тока запуска I’з проходящего по участку АБ к оставшимся в работе элементам подстанции Б (см. рис. 8.2). Принимая с запасом I’з.расч = I’зmах (см. рис. 8.3, а), получаем условие возврата: Iв.з>I’зmах.
При определении I’зmах обычно предполагается, что отключенный элемент подстан-
ции Б мог передавать относительно малую мощность, а электродвигатели других её элементов в результате снижения напряжения при КЗ сильно затормозились и ток в них при восстановлении напряжения (после отключения КЗ) временно увеличился
(процесс самозапуска). Поэтому I’зmах часто оказывается значительно большим Iраб mах
80